Cell里程碑成果：解析“基因接吻”現(xiàn)象
日期：2013-11-18 10:24:12
一項(xiàng)突破性的研究發(fā)現(xiàn)將對(duì)我們了解我們的遺傳藍(lán)圖DNA的功能產(chǎn)生重大的影響，來自南非的科學(xué)家們第一次揭示了，當(dāng)基因在三維空間中互作，或可說是參與“基因接吻”（gene kissing）時(shí)，對(duì)于細(xì)胞內(nèi)的基因開啟會(huì)造成重大的影響。這一里程碑式研究發(fā)現(xiàn)發(fā)表在世界最著名的研究期刊《細(xì)胞》（Cell）雜志上。
“基因接吻”是基因激活的原因或只是一個(gè)結(jié)果，是一個(gè)長(zhǎng)期存在的生物學(xué)問題。來自南非金山大學(xué)和科學(xué)工業(yè)研究協(xié)會(huì)（CSIR）的科學(xué)家研究小組最終解答了這個(gè)問題。
研究人員通過一些獨(dú)創(chuàng)性的實(shí)驗(yàn)證實(shí)了“基因接吻”可以開啟基因。這一研究發(fā)現(xiàn)闡明了基因是如何從無活性狀態(tài)轉(zhuǎn)變至活性狀態(tài)的，以及不同的基因可以同時(shí)協(xié)調(diào)其活性的機(jī)制。
在我們的每個(gè)細(xì)胞中都存在令人難以置信的長(zhǎng)達(dá)1.2米的DNA，其緊密卷曲盤旋縮小至只有一粒沙子的1/50大小。基因編碼了我們的身體性狀，如眼睛的顏色或血型。DNA則為持續(xù)發(fā)揮功能、維持我們生存的基因指定了遺傳密碼。細(xì)胞會(huì)根據(jù)需要來開啟和關(guān)閉基因。多年來，基因活性調(diào)控機(jī)制一直是熱點(diǎn)研究課題，科學(xué)家們有一段時(shí)間懷疑基因之間的物理接觸——基因接吻有可能發(fā)揮了作用。
金山大學(xué)分子醫(yī)學(xué)和血液病學(xué)系抗病毒基因治療研究部副教授Marco Weinberg說：“DNA就像意大利面一樣在細(xì)胞內(nèi)盤繞和纏結(jié)。因此在很多的地方DNA相互接觸和相交。這種相互作用有可能對(duì)于細(xì)胞讀取和注釋DNA中的信息至關(guān)重要，但此前從未有人證實(shí)過這一點(diǎn)。”
該研究小組在南非定制了最先進(jìn)的顯微鏡，這一重要的工具使得研究人員能夠深入窺探細(xì)胞核，以單分子分辨率成像基因活性。借助這些顯微鏡，研究人員查看了單基因的活性。隨后，利用DNA切割酶（又稱‘分子剪’），他們?cè)诰_位點(diǎn)切割DNA阻止了基因之間相互接觸。“能夠以這種方式改變遺傳密碼是分子生物學(xué)的一個(gè)‘圣杯’，直到最近才成為可能。采用這種方法，研究人員證實(shí)一些基因‘接吻’是為了讓自身被‘開啟’，令人驚訝的是在這種情況下，一個(gè)基因充當(dāng)了主導(dǎo)基因編排其他基因的活性，”金山大學(xué)博士生Stephanie Fannucchi說。
共同作者、博士后研究人員Youtaro Shibayama說：“自從去年我們一取得這一技術(shù)，就利用它來生成了高效的‘分子剪’，將我們?cè)陲@微鏡和分子生物學(xué)上的專業(yè)知識(shí)與創(chuàng)造性思維相結(jié)合，為我們戰(zhàn)勝?gòu)氖逻@方面研究的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)象提供了獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。”
該研究小組將它的部分工作焦點(diǎn)放在了對(duì)于人類健康的意義上。在2011年末，這一實(shí)驗(yàn)室成為了非洲第一個(gè)生成誘導(dǎo)多能干細(xì)胞的機(jī)構(gòu)。結(jié)合改變遺傳密碼和控制基因活性的知識(shí)，可以想象未來將出現(xiàn)的一些令人興奮的新型實(shí)驗(yàn)和治療途徑。科學(xué)家們將更深入了解癌癥、糖尿病等慢性疾病、過敏反應(yīng)和許多其他的疾病以及重要的細(xì)胞過程。這一重要的研究為全球的科學(xué)家們提供了關(guān)于基因的運(yùn)作機(jī)制以及如何來控制它們的新知識(shí)和工具，為未來的研究發(fā)現(xiàn)鋪平了道路。
